淺談現代機械制造技術的新發展

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淺談現代機械制造技術的新發展

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" ~2 f3 Z+ M6 J5 y' M7 \* l; [; [. X8 d+ \: l, W3 o$ K8 s4 ?- I4 n5 c) [* \" ]( h6 C2 r. } u( `1 Q* U: |# y6 I, j+ ]5 D }$ \, r" i' A1 k3 o5 B% C1 }5 v# l3 y# A9 q/ w3 z) {( I# j5 V 周寶華 姬慧勇 盛顯濤 裴平 前言 目前，隨著電子、信息等高新技術的不斷發展及市場需求個性化與多樣化，世界各國都把機械制造技術的研究和開發作為國家的關鍵技術進行優先發展，將其他學科的高技術成果引入機械制造業中。 因此機械制造業的內涵與水平已今非昔比，它是基于先進制造技術的現代制造產業?？v觀現代機械制造技術的新發展，其重要特征主要體現在它的綠色制造、計算機集成制造、柔性制造、虛擬制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和網絡制造等方面。 1 現代機械制造技術的特征 (1)機械制造科學是由機械、計算機、信息、材料、自動化等學科有機結合而發展起來的一門跨學科的綜合科學，它隨不同對象和時間而改變功能結構及信息系統。 (2)柔性、集成、并行工作?，F代機械制造系統具有多功能性和信息密集性，能夠制造生產成本與批量無關的產品，能按訂單制造，滿足產品的個性要求。 (3)制造智能化。能夠代替熟練工人的技藝，具有學習工程技術人員多年實踐經驗和知識的能力，并用以解決生產實際問題。智能制造系統能發揮人的創造能力和具有人的智能和技能，強調以人為系統的主導者這一總的概念。在智能制造系統中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撐，反過來智能又促進集成水平的提高。 (4)設計與工藝一體化，傳統的制造工程設計和工藝分步實施，造成了工藝從屬于設計、工藝與設計脫離等現象，影響了制造技術的發展。產品設計往往受到工藝條件的制約，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，設計與工藝必須密切結合，要以工藝為突破口，形成設計與工藝的一體化。 (5)精密加工技術是關鍵，精密和超精密加工技術是衡量先進制造技術水平的重要指標之一。當前，納米加工技術代表了制造技術的最高精度水平。 (6)產品生命周期的全過程，現代制造技術是一個從產品概念開始，到產品形成、使用，一直到處理報廢的集成活動和系統。在產品的設計中，不僅要進行結構設計、零件設計、裝配設計，而且特別強調拆卸設計。使產品報廢處理時，能夠進行材料的再循環。節約能源，保護環境。 (7)人、組織、技術三結合，現代制造技術強調人的創造性和作用的永恒性；提出了由技術支撐轉變為人、組織、技術的集成；強調了經營管理、戰略決策的作用。在制造工業戰略決策中，提出了市場驅動、需求牽引的概念，強調用戶是核心，用戶的需求是企業成功的關鍵，并且強調快速響應市場需求的重要性。 2 現代機械制造技術的內容和發展方向 2．1 綠色制造GM 綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。綠色制造是可持續發展戰略在制造業中的重要體現。其目標是使產品在設計、制造、裝配、運輸、銷售及使用的整個過程中努力做到資源的優化利用、清潔生產和廢棄物的最少化及綜合利用。要力求實現切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大氣氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過對某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在實際中很難實現，故又出現了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。目前，在歐洲的大批量機械加工中，已有10％一15％的加工使用了干切削和準干切削。 2．2 計算機集成制造CIM CIM就是通過計算機實現信息集成，實現現代化的生產制造，求得企業的總體效益，使企業能夠持續穩定的發展。隨著計算機的普及應用，計算機集成制造已成為規模生產的主要科技，企業從市場預測、產品設計、加工制造、經營管理直至售后服務是一個不可分割的整體，需要統籌考慮，集成制造主要指： (1)人員集成，管理者、設計者、制造者、保障者(負責質量、銷售、采購、服務等的人員)以及用戶應集成為一個協調整體。 (2)信息集成，產品生命周期中各類信息的獲取、表示、處理和操作工具集成為一體，組成統一的管理控制系統。特別是產品信息模型(PIM：Product Information Model)和產品數據管理(PDM：Product Data Management)在系統中應得到一體化的處理。 (3)功能集成，產品生命周期中企業各部門功能集成以及產品開發與外部協作企業間功能的集成。 (4)技術集成，產品開發全過程中涉及的多學科知識以及各種技術、方法的集成，形成集成的知識庫和方法庫，以利CIMS的實施。 2．3 柔性制造FM 柔性制造系統(FMS)是由統一的控制系統(信息流)、物料(工件、刀具)和輸送系統(物料流)連接起來的一組加工設備，能在不停機的情況下實現多品種、小批量零件的加工，并具有一定管理功能的自動化制造系統。柔性制造技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。數控技術的成熟及單臺數控設備的問世，使許多工業發達國家開始了柔性制造系統的研究。FMS包括許多個柔性制造單元，它能根據制造任務和生產環境的變化迅速進行調整，適用于多品種、中小批量的生產。著重突破了成批生產的經濟效益一定大于單件生產的傳統觀念。FMS是在自動化技術、信息技術及制造技術的基礎上，將以往企業中相互獨立的工程設計、生產制造及經營管理等過程，在計算機及軟件的支撐下構成一個覆蓋整個企業的完整而有機的系統，以實現全局動態最優化，總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的智能制造系統。 2．4 虛擬制造VM 虛擬制造主要就是利用計算機技術和裝備產生一個虛擬環境，應用人類知識、技術和感知能力，與虛擬對象進行交互作用，對產品設計和制造活動進行全面的建模和仿真。虛擬制造技術從根本上改變了設計、試制、修改設計和規模生產的傳統制造模式。在產品真正制造以前，首先在虛擬制造環境中生產軟產品原形(Soft Prototype)，代替傳統的硬樣品(Hard Prototype)，預測產品的設計和制造的合理性、產品性能和制造周期等，從而使產品的開發生產周期最短、成本最低、質量最優，最終提高快速響應市場多變的能力。 2．5 智能制造IM 智能制造技術作為一種模式，通過知識工程、軟件制造系統和機器人技術，對工人的技能和專家知識進行建模，能夠在無人干預的情況下進行小批量的生產。它的突出之處就是將人工智能融入制造過程的各個環節，借助模擬專家的智能活動進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環境中的部分腦力勞動，同時收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發展人類專家的制造智能。 2．6 并行工程CE 并行工程的實質是在產品的設計階段就充分地預報該產品的制造、裝配、銷售、使用、售后服務以及報廢、回收等環節中的“表現”，發現可能存在的問題，及時地進行修改與優化。并行工程的目的是減少產品開發中的彎路與反復，縮短產品的周期，甚至做到產品開發一次成功。在傳統的串行開發過程中，設計中的問題或不足，要分別在加工、裝配或售 后服務中才能被發現，然后蔣回過頭來修改設計，改進加工、裝配或售后服務(包括維修服務)。而并行工程就是將設計、工藝和制造結合在一起，利用計算機互聯網并行作業，大大縮短生產周期。 2．7 敏捷制造AM 制造自動化系統的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發周期內生產出低成本、高質量的不同品種產品的能力，從而去面對市場的挑戰。敏捷制造是將柔性生產技術、熟練掌握生產技能的勞動力，與促進企業內部和企業之間相互合作的靈活管理集成在一起，通過所建立的共同基礎結構，對迅速改變或無法預見的市場作出快速反應。它旨在不可預測的持續變化的環境中使企業具有卓越的自適應能力，從而占據主導地位的總體戰略，同時也是對市場需求做出快速響應、快速重組的生產模式；敏捷制造是一種哲理或管理哲學，是企業管理的戰略性變革。其特征是：制造柔性和成員合作，制造柔性是敏捷制造的組成部分，包括人員、設備和軟件3方面的柔性。提高從產品設計、制造和銷售全過程的整體柔性，進而保證敏捷制造系統快速響應、快速重組的能力。目前，敏捷制造在西方國家已初見成效。 2．8 網絡制造NM 隨著信息技術和網絡技術的飛速發展，網絡化制造作為一種現代制造新模式，正日益成為制造業研究和實踐的熱門領域，網絡制造業將給現代制造業帶來一場深刻的變革。網絡化制造應用服務(MASP，Manufacturing Application Service Provider)可為產品設計和制造過程提供服務和優化，并且可以進行虛擬的工藝仿真作為產品設計和工藝制定的參考。通過網絡化應用服務中心進行產品及其制造工藝的模擬仿真與優化設計和協同制造，能夠大大節省企業的投資并提高生產效率。另外企業的技術人員也可以由客戶端直接在遠程服務器上進行產品與工藝的優化設計或模擬仿真。 3 結語 我國是世界上使用與發展機械最早的國家之一。機械制造具有悠久的歷史。解放以來，我國機械工業有了很大的發展，已經成為工業產業中門類比較齊全、具有相當規模和一定技術基礎的部門之一。 改革開放以來，機械工業充分利用國內外的技術資源，進行技術改造，依靠科技進步，已經取得了長足的發展。但與世界先進水平相比，我國的機械制造業的產品在功能、質量等方面還有較大的差距，產品構成落后，精度保持性差、科研開發能力較薄弱、人員技術素質還跟不上現代機械制造業飛速發展的需要。因此，我國機械制造業必須不斷增強技術力量，培養高水平的人才和提高現有人員的素質，學習和引進國外先進科學技術，使我國的機械制造工業早日趕上世界先進水平。 參考文獻： [1]袁圉定。朱洪海．機械制造技術基礎[M]．南京：東南大學出版社，2000． [2]顧國維,綠色技術及應用[M]．上海：同濟大學出版社，1999． [3]朱曉春,先進制造技術[M]．北京；機械工業出版社，2004． [4]盧小平,吳為戚．現代制造技術[M]．北京：清華大學出版社．2003． [5]劉志剛,機械制造基礎[M]．北京：高等教育出版社，2002．

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制造行業真是博大精深，學無止境。夢想走進高深領域！